Đo nhiệt độ, độ ẩm truyền thông qua lora

đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ -o0o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ KỸ THUẬT LORA VÀ ỨNG DỤNG ĐO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo SVTH: Lê Quang Hà – 1711142 Nguyễn Thị Thu Huyền - 1711582 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG ….NĂM 2020 Lời cảm ơn GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo LỜI CẢM ƠN Đề tài hoàn thành hỗ trợ nhiều từ thầy cô bạn bè thân thuộc Chúng nhớ ghi sâu giúp đỡ cao đẹp Đặc biệt cảm ơn thầy Bùi Quốc Bảo tạo điều kiện hướng dẫn chúng em nghiên cứu để hoàn thành tốt đề tài Cảm ơn q thầy chương trình PFIEV khoa điện trường đại học Bách Khoa cảm thông tạo điều kiện tốt cho em thời gian qua Cuối xin chúc quý thầy cô nhiều sức khỏe thành cơng cơng việc Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Sinh viên Lê Quang Hà Nguyễn Thị Thu Huyền Đồ án thiết kế môn học kỹ thuật GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo MỤC LỤC I Giới thiệu Tổng quan mạng cảm biến không dây 1.1 Mạng cảm biến không dây 1.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức mạng cảm biến không dây 1.3 Tổng quan Internet of Things (IoTs)……………………………………… 1.4 Một vài mơ hình ứng dụng IoTs…………………………………… … …5 1.4.1 Lưới điện thông minh…………………………………………… ……… 1.4.2 Công nghệ chống ồn cho cửa sổ thông minh……………………………… Chuẩn truyền thông LoRaWan……………………………………………… .….7 2.1 Khái niệm LoRa LoRaWan………………………………………… ….7 2.2 Cấu trục mạng LoRaWan……………………………………………………….8 2.3 Kiến trúc LoRaWAN………………………………………………………….10 2.4 Điều khiển truy cập theo kênh truyền…………………………………………11 2.5 Nguyên lý hoạt động LoRa……………………………………………… 12 2.6 Vì phải sử dụng cơng nghệ LoRa…………………………………………13 II Thiết kế phần cứng……………………………………………………………… 15 Kit Arduino Uno R3……………………………………………………………… 15 1.1 Giới thiệu tổng quan………………………………………………………… 15 1.2 Thành phần phần cứng Kit……………………………………………… 16 1.3 Arduino IDE………………………………………………………………… 17 Module LoRa SX 1278 cảm biến DHT 11…………………………………… 18 ii Đồ án thiết kế môn học kỹ thuật GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo 2.1 Module LoRa SX 1278……………… …………………………………… 18 2.2 Cảm biến nhiệt độ DHT11…….………………………………………………20 Thiết kế…………………………………………………………………………… 22 3.1 Giải pháp thiết kế Node con……………………………………………….… 22 3.1.1 Sơ đồ ghép nối phần cứng…………………………………………… … 22 3.1.2 Lưu đồ thuật tốn node con……………………………………………… 23 3.1.3 Sơ đờ ngun lí thiết kế phần cứng………………………… ……………24 3.2 Giải pháp thiết kế Gateway………………………………………….…….… 25 3.2.1 Sơ đồ ghép nối phần cứng…………………………………………… … 25 3.2.2 Lưu đồ thuật toán Gateway……………………………………………… 26 3.2.3 Sơ đồ nguyên lí thiết kế phần cứng………………………… ……………27 III Thiết kế phần mềm……………………………………………………………… 28 Mã nguồn sensor node………………………………………………………… 29 Mã nguồn Gateway node…………………………………………………… …29 IV Kết thực hiện……………………………………………………………… 32 V Kết luận hướng phát triển………………………………………………………34 Kết luận hướng phát triển……………………………………………………….34 Tài liệu tham khảo………………………………………………………………34 iii Đồ án thiết kế môn học kỹ thuật GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình Mơ hình đơn giản mạng cảm biến khơng dây……………………… Hình Kiến trúc giao thức mạng cảm biến………………………………… … .3 Hình Hình ảnh mô tả Internet of Things……………………………… ………….5 Hình Mơ hình hệ thống lưới điện thơng minh……………………………………….6 Hình Cơng nghệ chống ồn cho cửa sổ thơng minh………………………………….7 Hình Các cấu trúc Lora………………………………………………………….9 Hình Các lớp LoraWAN………………………………………………… … 10 Hình Kiến trúc mạng Lora………………………………………………………….11 Hình Lora Connect…………………………………………………………………12 Hình 10 Radio packet……………………………………………………………… 13 Hình 11 Bảng so sáng LoRa so với cơng nghệ khác…………………………… 14 Hình 12 Board Arduino Uno………………………………………… …15 Hình 13 Hình mặt Arduino Uno…………………………………………….16 Hình 14 Arduino IDE……………………………………………………………… 17 Hình 15 Các chế độ truyền nhận của module LoRa SX1728……………………… 18 Hình 16 Module Lora SX1278……………………………………………………….20 Hình 17 Tín hiệu AUX báo hiệu hoạt đợng của module…………………………… 20 Hình 18 Cảm biến DHT11………………………………………………………… 21 Hình 19 Sơ đờ ghép nối phần cứng……………………………………………… …22 Hình 20 Lưu đồ thuật toán Node con……………………………………………… 23 iv Đồ án thiết kế môn học kỹ thuật GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo Hình 21 Sơ đồ ghép nối Node con………………………………………………… 24 Hình 22 Sơ đồ ghép nối GateWay………………………………………………… 25 Hình 23 Lưu dồ thuật toán xử lý GateWay………………………………………… 26 Hình 24 Sơ đồ ghép nối GateWay………………………………………………… 27 v Đồ án thiết kế môn học kỹ thuật GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo I GIỚI THIỆU Tổng quan mạng cảm biến không dây: 1.1 Mạng cảm biến không dây: Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm tập hợp thiết bị cảm biến sử dụng liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại quang học) để phối hợp thực nhiệm vụ thu thập thông tin liệu phân tán với quy mô lớn điều kiện vùng địa lý Mạng cảm biến khơng dây liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp hay gián tiếp thông qua điểm thu phát (Sink) môi trường mạng công cộng Internet hay vệ tinh Các nút cảm biến khơng dây triển khai cho mục đích chuyên dụng điều khiển giám sát an ninh; kiểm tra môi trường; tạo không gian sống thơng minh; khảo sát đánh giá xác nông nghiệp; lĩnh vực y tế; Lợi chủ yếu chúng khả triển khai loại hình địa lý kể môi trường nguy hiểm sử dụng mạng cảm biến có dây truyền thống Trong WSN node mạng thường thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, có số lượng lớn, thường phân bố diện tích rộng, sử dụng nguồn lượng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) hoạt động môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ cao, v.v) Các node mạng thường có chức sensing (sensor node): cảm ứng, quan sát môi trường xung quanh như: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, âm thanh, độ rung, độ xạ, độ ô nhiễm, v.v., theo dõi hay định vị mục tiêu cố định di động Các node giao tiếp với qua mạng vô tuyến không dây phi thể thức (Wireless Ad-hoc network) truyền liệu trung tâm xử lý (base station) kỹ thuật truyền đa chặng (multi-hop) Đồ án thiết kế môn học kỹ thuật GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo Hình Mơ hình đơn giản mạng cảm biến khơng dây Mơ hình đơn giản WSN hình dung hình 1.1 Trong đó, nút cảm biến phân bố trường cảm biến Mỗi nút cảm biến có khả thu thập liệu trường cảm biến Các nút giao tiếp với qua mạng vô tuyến ad-hoc truyền liệu trung tâm xử lý kỹ thuật truyền đa chặng 1.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức mạng cảm biến không dây: Kiến trúc ngăn xếp giao thức áp dụng cho WSN trình bày hình 1.2 Kiến trúc bao gồm lớp mặt phẳng quản lý Các mặt phẳng quản lý làm cho nút làm việc theo cách có hiệu nhất, định tuyến liệu mạng cảm biến di động chia sẻ tài nguyên nút cảm biến Đồ án thiết kế môn học kỹ thuật GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo Hình Kiến trúc giao thức mạng cảm biến  Mặt phẳng quản lý công suất: Quản lý cách cảm biến sử dụng nguồn lượng Ví dụ : Nút cảm biến tắt thu sau nhận tin Khi mức cơng suất nút cảm biến thấp, quảng bá sang nút cảm biến lân cận để thơng báo mức lượng thấp khơng thể tham gia vào q trình định tuyến  Mặt phẳng quản lý di động: Có nhiệm vụ phát đăng ký chuyển động nút cảm biến Các nút cảm biến giữ việc theo dõi xem nút nút hàng xóm chúng  Mặt phẳng quản lý: Cân xếp nhiệm vụ cảm biến nút vùng quan tâm Không phải tất nút cảm biến thực nhiệm vụ cảm nhận thời điểm  Lớp vật lý Lớp vật lý có trách nhiệm lựa chọn tần số, tạo tần số sóng mạng, phát tín hiệu điều chế liệu  Lớp liên kết liệu Đồ án thiết kế môn học kỹ thuật GVHD: Th.S Bùi Quốc Bảo Lớp liên kết liệu chịu trách nhiệm ghép dòng liệu, phát khung liệu, điều khiển lỗi điều khiển truy nhập kênh truyền Nó đảm bảo tin cậy kết nối điểm - điểm điểm - đa điểm mạng  Lớp mạng Các nút cảm biến nằm rải rác với mật độ cao trường cảm biến Lớp mạng mạng cảm biến thường thiết kế theo quy tắc sau đây:  Vấn đề hiệu lượng vấn đề quan tâm  Các mạng cảm biến chủ yếu tập trung liệu  Ngoài việc định tuyến, nút chuyển tiếp tổng hợp liệu từ nút lân cận thông qua việc xử lý cục  Lớp giao vận Sự phát triển giao thức lớp giao vận nhiệm vụ đầy thách thức nút cảm biến bị ảnh hưởng hạn chế phần cứng lượng nhớ hạn chế Do đó, nút cảm biến lưu trữ lượng lớn liệu máy chủ mạng Internet  Lớp ứng dụng Lớp ứng dụng bao gồm ứng dụng số chức quản lý Ngoài chương trình ứng dụng cụ thể cho ứng dụng chức quản lý xử lý truy vấn nằm lớp